電廠氣力除灰系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

　　燃煤電廠在我國電力工業(yè)的發(fā)展中起著很大的作用，其發(fā)電量占我國總發(fā)電量的80％以上。但是它在為我們提供充足電力的同時(shí)，也污染破壞環(huán)境，發(fā)電廠在發(fā)電過程中，將產(chǎn)生大量的工業(yè)廢棄物（飛灰或粉煤灰）。為了保證鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)為了保護(hù)環(huán)境，必須及時(shí)將這些粉煤灰清除運(yùn)走，并將廢物綜合利用。目前廣泛采用氣力除灰系統(tǒng)，并且對(duì)燃煤電廠提出了提高除塵效率和粉煤灰綜合利用的要求。而在實(shí)際運(yùn)行中，輸灰系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性欠佳，運(yùn)行故障發(fā)生的原因及部位也多種多樣，造成除塵效率下降、氣力輸灰系統(tǒng)停運(yùn)，使煙塵排放超標(biāo)，灰水污染環(huán)境，影響電廠的正常生產(chǎn)。

　　2 電廠氣力輸送技術(shù)的發(fā)展

　　氣力輸送是以壓縮空氣（或其它氣體）為載體，與粉粒狀物料在一定混合比的情況下，在密閉管道內(nèi)通過氣力由一處送往另一處的輸送方式。氣力除灰系統(tǒng)的主要任務(wù)是以倉泵為發(fā)送器，以壓縮空氣作動(dòng)力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰?guī)欤缓蟀鸦規(guī)炖锏母苫矣密囇b運(yùn)，或者攪拌成濕灰用汽車外運(yùn)。

　　20世紀(jì)20年代，氣力輸送技術(shù)開始應(yīng)用于燃煤電廠，主要用于除塵器底部粉煤灰的輸送，并以蒸汽抽氣器作為氣源設(shè)備。50年代中期，國內(nèi)少數(shù)電廠也開始采用蒸汽抽氣式負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)式出力較低輸送距離較短，設(shè)備磨損嚴(yán)重，蒸汽耗量大，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)型均較差，一般僅限用于中小電廠。60年代以后，泵倉正壓輸送技術(shù)開始在國內(nèi)得到應(yīng)用。進(jìn)入80年代以后，許多電廠相繼自發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了各種類型的先進(jìn)除灰設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了國內(nèi)電廠粉煤灰氣力輸送技術(shù)的發(fā)展。懸浮式輸送技術(shù)以從單一的吸送式發(fā)展到壓送式以及吸－壓聯(lián)合式，栓塞式輸送技術(shù)也已在國內(nèi)燃煤電廠中獲得成功運(yùn)用。作為氣力輸送技術(shù)理論基礎(chǔ)的氣固兩相流的理論研究及輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法也不斷得到完善。同時(shí)，由于制造技術(shù)和材料工程的飛躍發(fā)展，控制技術(shù)和傳感技術(shù)的長足進(jìn)步，氣力輸送系統(tǒng)的輸送距離、輸送濃度、系統(tǒng)出力和設(shè)備制造工藝及自動(dòng)化管理水平得到了較大提高，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和工程的經(jīng)濟(jì)性。

　　電除塵器在國內(nèi)燃煤電廠大面積推廣應(yīng)用始于70年代，對(duì)于粉煤灰的綜合利用具有不可替代的三大優(yōu)勢：干式收塵，使粉煤灰得以保持原有的良好活性；收塵效率高可以最大幅度地將利用價(jià)值最高的細(xì)微塵粒收集下來；自身的多電場收塵結(jié)構(gòu)具有對(duì)干灰進(jìn)行粒徑分級(jí)的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)粗、中、細(xì)灰分除、分儲(chǔ)和分用。

　　隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和環(huán)境保護(hù)、粉煤灰綜合利用的發(fā)展，燃煤電廠氣力除灰技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)越來越好。

　　3 除灰工藝自動(dòng)化原理設(shè)計(jì)

　　氣力除灰系統(tǒng)以倉泵為發(fā)送器，以壓縮空氣作動(dòng)力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰?guī)欤麄€(gè)過程以密封管道的形式輸送。系統(tǒng)設(shè)有專用空氣壓縮機(jī)作為干灰輸送動(dòng)力并兼作控制氣源，在系統(tǒng)末端設(shè)有儲(chǔ)存粗灰、細(xì)灰的干灰?guī)?。其中電除塵器中一、二電場的灰是粗灰，三、四電場的灰是細(xì)灰。正常情況下，三、四電場的飛灰只能送進(jìn)細(xì)灰?guī)?，一、二電場的粗灰只送進(jìn)粗灰?guī)?。?dāng)細(xì)灰?guī)斐霈F(xiàn)故障時(shí)，細(xì)灰可以送到粗灰?guī)炖铩?/p>

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的除灰系統(tǒng)包括除塵器下的灰斗、灰?guī)旒捌涓綄僭O(shè)備、空壓機(jī)、灰儲(chǔ)罐、輸送設(shè)備、管道、倉泵、閥門等。輸灰管道上接電除塵系統(tǒng)并通向除塵器，經(jīng)除塵器過濾后細(xì)灰粉進(jìn)入干灰?guī)?。在灰斗裝置處通過電氣三通電動(dòng)門可以控制采用干除灰處理方式或者水除灰處理方式，料位計(jì)用于對(duì)干灰?guī)熘懈苫曳蹆?chǔ)存量進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)灰斗內(nèi)的干灰粉到達(dá)不同位置時(shí)，灰粉發(fā)出的天然的β射線照射到探測器的強(qiáng)度是不一樣的。由探測器測到的射線強(qiáng)度的不同來判斷干灰粉的位置。干灰經(jīng)灰斗排出后通過進(jìn)料閥進(jìn)入倉泵，從出料閥排出，最終排往灰儲(chǔ)罐得以收集和再利用。

　　干除灰自動(dòng)控制系統(tǒng)中，plc可根據(jù)料位計(jì)傳輸過來的灰粉位置信號(hào)（高、正常、低）和倉泵上方的電接點(diǎn)壓力表指示壓力值信號(hào)，采取相應(yīng)的處理。當(dāng)料位計(jì)指示高料位，系統(tǒng)開進(jìn)料閥，關(guān)出料閥、進(jìn)氣閥、助吹閥、帶濾膜電磁閥，干灰將從灰斗卸放到倉泵進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)；隨著倉泵不斷儲(chǔ)灰，倉泵內(nèi)部壓力逐漸升高，當(dāng)壓力超過定值i，其上方電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)接通，上位機(jī)顯示畫面中電接點(diǎn)壓力表圖符顯示紅色，此時(shí)控制系統(tǒng)將關(guān)閉進(jìn)料閥，電氣三通電動(dòng)門關(guān)閉干除灰入口，停止干除灰。之后系統(tǒng)打開出料閥，開帶濾膜電磁閥、助吹閥、進(jìn)氣閥并啟動(dòng)空壓機(jī)，在空氣壓力下倉泵內(nèi)部干灰經(jīng)過灰管輸往灰儲(chǔ)罐。在此期間，倉泵內(nèi)部壓力繼續(xù)升高，當(dāng)壓力超過定值ii，系統(tǒng)將停運(yùn)空壓機(jī)，然后自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣閥，助吹閥，帶濾膜電磁閥。此后一段時(shí)間，倉泵內(nèi)部干灰逐漸減少，壓力下降，當(dāng)壓力低于定值i時(shí)，電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)斷開，系統(tǒng)顯示畫面中顯示為綠色，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉出料閥，開啟進(jìn)料閥，開啟電氣三通電動(dòng)門重新進(jìn)入干除灰處理過程。干除灰系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 干除灰系統(tǒng)框圖

4 除灰系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，并對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行考慮，選用西門子s7-200系列plc對(duì)輸灰進(jìn)行控制。s7-200plc提供了多種功能，使編成控制更加靈活方便；具有擴(kuò)展模塊，易于系統(tǒng)擴(kuò)展；內(nèi)部集成的ppi接口為用戶提供了強(qiáng)大的通信功能，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)pc和plc的通信，上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)編程，還可以監(jiān)視程序的運(yùn)行。

　　圖2 plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　4.1 模塊化軟件設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)編程模式以線性的或順序的方式執(zhí)行每條指令，設(shè)計(jì)的程序不容易閱讀，也不易驗(yàn)證其正確性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法注重軟件設(shè)計(jì)的模塊結(jié)構(gòu)和層次化特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)程序前，要在總體上對(duì)軟件的組成與模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，程序在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行自頂而下的逐步細(xì)化，這對(duì)于控制結(jié)構(gòu)和功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　系統(tǒng)具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能，上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸灰系統(tǒng)的監(jiān)控。

　　4.2 用戶軟件功能設(shè)計(jì)

　　（1）程控部分主要功能：

　　定時(shí)程控除灰： plc根據(jù)料位計(jì)傳輸過來的灰粉位置信號(hào)（高、正常、低）和倉泵上方的電接點(diǎn)壓力表指示壓力值信號(hào)，采取相應(yīng)的處理措施；

　　高灰位優(yōu)先排灰：料位計(jì)指示灰粉位置高時(shí)，plc根據(jù)中斷請(qǐng)求優(yōu)先控制進(jìn)行排灰；

　　程序控制自動(dòng)輸灰：系統(tǒng)處于程控執(zhí)行狀態(tài)時(shí)，由plc對(duì)干除灰系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)輸灰；

　　遠(yuǎn)端操作：當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)操狀態(tài)，操作人員可以在控制室進(jìn)行遠(yuǎn)端手操控制。

　　2）上位監(jiān)控部分主要功能：

　　工藝流程圖、趨勢圖顯示：上位機(jī)可以顯示系統(tǒng)工藝流程圖及對(duì)倉泵壓力變化進(jìn)行1小時(shí)、8小時(shí)、12小時(shí)、24小時(shí)等不同時(shí)段曲線跟蹤顯示等；

　　參數(shù)顯示、報(bào)警畫面顯示：當(dāng)倉泵上方電接點(diǎn)壓力表指示偏高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警告聲音，顯示紅色警告信號(hào)；當(dāng)料位計(jì)監(jiān)視灰斗內(nèi)料位高/低時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警示信號(hào)等；

　　統(tǒng)計(jì)管理功能及各類報(bào)表顯示和打印：系統(tǒng)可以對(duì)歷史記錄情況（當(dāng)班人員操作記錄、除灰次數(shù)、除灰時(shí)間、壓力曲線圖等）進(jìn)行匯總、打印報(bào)表等；

　　生產(chǎn)過程事件及報(bào)警記錄：系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)過程中異常事件進(jìn)行跟蹤及報(bào)警記錄；

　　程控系統(tǒng)與主廠計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)：系統(tǒng)可以與主廠mis系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，便于工作記錄信息登記、數(shù)據(jù)傳輸、上報(bào)等。

　　5 結(jié)束語

　　本文選用西門子s7-200系列plc對(duì)輸灰進(jìn)行控制，在干除灰系統(tǒng)中采用電接點(diǎn)壓力表對(duì)倉泵進(jìn)料/出料過程進(jìn)行控制，通過設(shè)定電接點(diǎn)壓力i值、ii值，可以自動(dòng)地控制干除灰運(yùn)行，有效地避免原系統(tǒng)因進(jìn)料/出料過程控制劃分不明顯而引起管道堵塞等問題的出現(xiàn)。實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障顯示記錄提高了系統(tǒng)控制自動(dòng)化系統(tǒng)化程度，提高了工作效率和粉煤灰的綜合利用率。